DE102016102723B3

DE102016102723B3 - Dressierarbeitswalze, Verfahren zum Dressieren eines Flachproduktes hiermit und Flachprodukt hieraus

Info

Publication number: DE102016102723B3
Application number: DE102016102723.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Beier; Martin Bretschneider; Michael Maxisch; Sven Lunke; Moritz Radszat; Björn Hildebrandt; Jürgen Spehr; Thomas Routschek; Markus Hinkel
Original assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Current assignee: Salzgitter Flachstahl GmbH
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: EP3416760B1; EP3416760A1; RU2705187C1; US20190176198A1; WO2017140605A1; KR102189421B1; KR20180113533A; US20200368800A1

Abstract

Dressierarbeitswalze mit einer Oberflächenstruktur, insbesondere zur Herstellung von Flachprodukten aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 2% in einer Tiefe von 0,2 µm bis 9 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 0,8 µm bis 5,5 µm, aufweist, die Tiefe ausgehend von einer Nulllinie in Richtung einer Drehachse der Dressierarbeitswalze gemessen ist, die Nulllinie parallel zu der Drehachse der Dressierarbeitswalze verläuft und die Nulllinie ausgehend von der Oberfläche der Dressierarbeitswalze in Richtung der Drehachse der Dressierarbeitswalze soweit verschoben ist, bis deren Materialanteil 0,1% beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dressierarbeitswalze mit einer Oberflächenstruktur, ein Verfahren zum Dressieren eines Flachprodukts aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, mit einer Dressierarbeitswalze und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Flachprodukt aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff.
Es ist allgemein bekannt, dass die Automobilindustrie hohe Anforderungen an die visuelle Anmutung einer Fahrzeuglackierung, insbesondere einer Lackierung von außen sichtbaren Flächen eines Personenkraftwagens, stellt. Erwünscht ist ein gleichförmiges Aussehen der Lackierung. Hierbei soll ein möglichst geringer Anteil wellenförmiger Reflexionen bei kleinem Betrachtungswinkel auftreten. Diese wellenförmigen Reflexionen werden auch als Orangenhaut bezeichnet. Neben dem gleichförmigen Aussehen der Lackierung wird auch eine kostengünstige Herstellung der Lackierung gefordert. Arbeitsintensive Schritte wie Schleifarbeiten und/oder rohstoffintensive Spritzlackierungen mit Füllerschichten sollen vermieden werden.
Um diese Anforderungen erfüllen zu können, werden vor der Lackierung die als Karosseriebleche zum Einsatz kommenden Stahlfeinbleche kaltnachgewalzt. Dieses Kaltnachwalzen wird auch als Dressieren bezeichnet. Über das Kaltnachwalzen werden sowohl die mechanischen Kennwerte wie beispielsweise Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung als auch die Oberflächentopographie beispielsweise gekennzeichnet durch Rauheit, Spitzenzahl und Welligkeit des Stahlfeinbleches auf einen gewünschten Zustand eingestellt. Derartig dressierte Stahlfeinbleche mit einer definierten Oberflächentopographie vereinfachen die nachfolgende Lackierung, indem das Aufbringen von Füllerschichten vermieden beziehungsweise reduziert wird. Diese Füllerschichten dienen insbesondere dazu, vorhandene Unebenheiten auf der zu lackierenden Oberfläche des Stahlfeinblechs auszugleichen und so zu vermeiden, dass sich diese Unebenheiten in der lackierten Oberfläche abzeichnen. Für den Kaltnachwalzvorgang werden Dressierarbeitswalzen eingesetzt, die eine profilierte Oberfläche aufweisen. Die Profilierung der Oberfläche ausgehend von einer Walze mit einer glatt geschliffenen Oberfläche erfolgt durch verschiedene Texturierungsverfahren. Durch den Kaltnachwalzvorgang mit entsprechenden Dressierarbeitswalzen wird dann die Oberfläche des Stahlfeinbleches texturiert. Entsprechendes gilt auch allgemein für Stahlfeinbleche außerhalb des Bereiches der Karosseriebleche.
Allgemein sind als abtragende Texturierungsverfahren für Dressierarbeitswalzen bekannt: SBT(Shot Blast)-Schleudern von kantigem Strahlgut auf die Oberfläche der Dressierarbeitswalzen, EDT(Electro Discharge Texturing)-Funkenerosion, EBT(Electro Beam Texturing)-Elektronenstrahl im Vakuum schießt definierte Krater in die Oberfläche der Dressierarbeitswalzen, Lasertex-Laserstrahl schießt definierte Krater in die Oberfläche der Dressierarbeitswalzen.
Des Weiteren ist aus der Firmendrucksicht der Salzgitter AG mit dem Titel „PRETEX^®“ – Stand: September 2002 – ein texturiertes Feinblech für höchste Anforderungen im Karosseriebau bekannt. Dieses Feinblech kann unbeschichtet oder oberflächenveredelt sein und wird von der Automobilindustrie im Karosseriebau für Innen- und Außenhautteile mit höchsten Ansprüchen an das Umformverhalten und die Lackierbarkeit eingesetzt. Die Oberflächentopographie des Feinbleches beeinflusst maßgeblich das Umformverhalten sowie die Haftung und die optischen Eigenschaften der Automobillackierung. Eine definierte, den Kundenanforderungen entsprechende Oberflächentopographie des Feinbleches wird beim Kaltnachwalzen erzeugt. Die hierfür verwendeten Dressierarbeitswalzen werden im Gegensatz zu den vorbeschriebenen abtragenden Texturierungsverfahren in einem Positivverfahren durch Auftragen einer Textur auf eine glatte Walze erzeugt. Insbesondere eignet sich hierfür ein sogenanntes TOPOCROM^®-Verfahren, mit dem die Oberfläche einer glatten Walze elektrolytisch struktur- und hartverchromt wird. Hierzu wird die Dressierarbeitswalze in einem Reaktor, der mit einem Anodenkäfig bestückt und mit einem Chromelektrolyten befüllt ist, beschichtet. Die Chrom-Ionen des Elektrolyten werden während der Beschichtung reduziert und an der Oberfläche der Dressierarbeitswalze metallisch abgeschieden. Dieses Beschichtungsverfahren liefert eine absolut gleichmäßige stochastische Verteilung der unterschiedlich großen, auf der Walzenoberfläche abgeschiedenen Hartchromhalbkugeln, die in ihrer Größe und Anzahl pro Flächeneinheit gezielt und reproduzierbar durch die prozessrechnergesteuerten Beschichtungsparameter den Kundenanforderungen entsprechend eingestellt werden können. Die Hartchromhalbkugeln der Dressierarbeitswalzen werden beim Dressieren in Form entsprechender Kalotten auf das Feinblech übertragen. Die Oberflächentopographie des Feinblechs hat die Aufgabe, das Schmiermittel aufzunehmen sowie eine hydrostatische bzw. hydrodynamische Schmierung zur Reduzierung der Reibung zu unterstützen. Ein höherer Mittenrauwert und voneinander isolierte Schmiertaschen, die als Schmierstoffreservoir dienen, verbessern die Reibungs- und Schmierverhältnisse deutlich. Eine Verbesserung der Lackierbarkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Lacksystem-Schichtdicken wird erreicht durch hohe Spitzenzahlen sowie geringe längerwellige (Long Wave) und kurzwellige Strukturanteile (Short Wave). Längerwellige Strukturanteile können die Orangenhaut im Decklack lackierter Automobilbleche verursachen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 017 703 A1 ist bereits ein Flachprodukt aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, eine Verwendung eines solchen Flachprodukts sowie eine Walze und ein Verfahren zur Herstellung solcher Flachprodukte bekannt. Dieses Flachprodukt soll sich durch sehr gute tribologische Eigenschaften auszeichnen und nach einer automobil-typischen Lackierung eine verbesserte Lackanmutung haben. Die Lackierung soll dennoch mit verkürzten füllerlosen Lackierprozessen und erheblich reduzierten Schichtaufbau erreichbar sein. Eine entsprechende Walze zur Herstellung eines derartigen Flachprodukts soll eine Oberflächenstruktur aufweisen, die durch eine Spitzenzahl RPc im Bereich von 80 bis 180 1/cm, eine arithmetische Mittenrauheit Ra im Bereich von 2,5 bis 3,5 µm und eine arithmetische Mittenwelligkeit Wsa im Bereich von 0,08 bis 1,0 µm gekennzeichnet ist. In einer Ausführung beträgt der Glattanteil der Walze im Sinne einer nicht texturierten Fläche etwa 25%. Die Profilierung der Oberfläche ausgehend von einer Walze mit einer glatt geschliffenen Oberfläche erfolgt durch Materialabtrag mittels eines gepulsten Lasers.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 606 473 A1 beschreibt eine Walze mit einer durch Laser texturierten Oberflächenstruktur zum Dressieren von Stahlblechen. Die Oberflächenstruktur der Walze weist eine Vielzahl von hervorstehenden Halbkugeln aus Chrom auf, die beim Dressieren zu 40 bis 100% auf das Stahlblech übertragen werden. Hierdurch entstehen in dem Stahlblech Eindrücke mit einem Durchmesser d von 50 bis 500 µm und einer Höhe h von 2 bis 40 µm. Der Abstand der einzelnen Eindrücke zueinander beträgt zwischen 1,0 d und 4,0 d.
Auch die Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 694 23 784 T2 nennt ein Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche einer Arbeitswalze mittels eines Elektronenstrahls. Die strukturierte Oberfläche besteht aus einem zweidimensionalen, determinierten Muster von Punkten. Jeder Punkt hat die Form eines Kraters mit einem vorbestimmten Rand. Nach der Strukturierung weist die Walzenoberfläche eine Rauheit Ra zwischen 0,4 bis 8,0 µm auf.
Aus dem Patent US 5,532,051 ist bereits ein Verchromen einer oberflächenstrukturierten Walze zum Kaltwalzen von Stahlwerkstoffen bekannt. Das Verchromen soll die Lebensdauer der so behandelten Walze deutlich erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Dressierarbeitswalze mit einer Oberflächenstruktur, ein verbessertes Verfahren zum Dressieren eines Flachprodukts aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, mit einer Dressierarbeitswalze und ein nach diesem Verfahren hergestelltes, verbessertes Flachprodukt aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Dressierarbeitswalze, insbesondere zur Herstellung von Flachprodukten aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, mit einer Oberflächenstruktur, dadurch erreicht, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 2 % in einer Tiefe von 0,2 µm bis 9 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 0,8 µm bis 5,5 µm, aufweist, die Tiefe ausgehend von einer Nulllinie in Richtung einer Drehachse der Dressierarbeitswalze gemessen ist, die Nulllinie parallel zu der Drehachse der Dressierarbeitswalze verläuft und die Nulllinie ausgehend von der Oberfläche der Dressierarbeitswalze in Richtung der Drehachse der Dressierarbeitswalze soweit verschoben ist, bis deren Materialanteil 0,1% beträgt. Qualitativ gesehen weist somit die Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalze einen geringen Materialanteil auf, so dass während des Dressierens ein möglichst großes Verhältnis zwischen Topographieänderung eines zu dressierenden Flachproduktes zu Verlängerung des Flachproduktes erreicht wird.
Der geringe Materialanteil kann weiter dadurch bestimmt werden, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 5 % in einer Tiefe von 0,7 µm bis 12 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 1,1 µm bis 6,5 µm, aufweist.
Eine weitere Bestimmung des Materialanteils ergibt sich daraus, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 10 % in einer Tiefe von 1,0 µm bis 15 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 1,4 µm bis 7,4 µm, aufweist.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalze elektrolytisch struktur- und hartverchromt ist.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass deren Oberflächenstruktur eine Rauheit Ra = 0,3–5 µm, und eine Spitzenzahl RPc = 50–300 1/cm aufweist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Dressieren eines Flachprodukts aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, dadurch verbessert, dass das Flachprodukt mit der erfindungsgemäßen Dressierarbeitswalze gewalzt wird.
Vorteilhafter Weise wird das Flachprodukt mit einem Dressiergrad im Bereich von 0,1 bis 2,0 % gewalzt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein verbessertes Flachprodukt aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, dadurch aus, dass das Flachprodukt eine dressierte Oberflächentopographie mit einer Rauheit Ra = 0,9–1,4 µm, bevorzugt 0,9–1,2 µm, eine Spitzenzahl RPc > 90 1/cm, bevorzugt RPc > 95/cm und eine Welligkeit der Oberfläche beschrieben durch den Parameter Wsa (1–5) gemäß VDEh SEP1941 von weniger als 0,28 µm, bevorzugt weniger als 0,25 µm, besonders bevorzugt weniger als 0,22 µm, aufweist.
Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass die Dicke des Flachprodukts im Bereich von 0,35–2,0 mm liegt.
Bevorzugt kann das Flachprodukt mit Überzügen aus Zink oder einer Zink-Aluminium-Legierung oder einer Zink-Eisen-Legierung oder Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung versehen sein.
Die im Zusammenhang mit der Erfindung hergestellten Flachprodukte, insbesondere Stahlfeinbleche, finden bevorzugt Verwendung in Kraftfahrzeugen, Hausgeräten – sogenannter weißer Ware – und Stahlblechmöbeln. Hierbei können die Flachprodukte elektrolytisch verzinkt oder schmelztauchverzinkt sein. Auch können die Flachprodukte in Bauteile durch beispielsweise Tief- und Streckziehen umgeformt werden. Bevorzugt sind die Flachprodukte für eine spätere Lackierung vorgesehen und kommen als lackierte Sichtteile zum Einsatz. Die Flachprodukte eignen sich besonders für Umformprozesse, insbesondere das Tiefziehen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden Flachprodukte als Bleche, insbesondere Feinbleche, verstanden, die aus Metall, Metalllegierungen, insbesondere Stahl, hergestellt werden.
Der Widerstand, den das Flachprodukt der Topographieveränderung entgegensetzt, muss beim Dressierprozess kompensiert werden. Dabei wird die Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalzen tiefer eingedrückt als der Abdruck, der nach Rücknahme des Drucks in der Oberfläche des Flachproduktes verbleibt. Aufgrund dieser werkstoffabhängigen Rückfederung wirken sich Oberflächenstrukturen von Dressierarbeitswalzen mit geringerem Materialanteil besonders positiv bei der Bearbeitung von Flachprodukten mit hohem Verformungswiderstand aus.
Auch ermöglichen Flachprodukte mit weichen metallischen Überzügen eine bessere Übertragung der Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalze als festere unbeschichtete Flachprodukte beispielsweise aus Stahl.
Mittels einer erfindungsgemäßen Dressierarbeitswalze dressierte Flachprodukte zeichnen sich durch die folgenden Vorteile aus:

– gleichmäßige, reproduzierbare und definierte Rauheitskennwerte über die gesamte Länge und Breite des Flachproduktes aufgrund der homogenen Rauheitsstruktur der Dressierarbeitswalze,
– verbesserte Umformeigenschaften aufgrund des hervorragenden tribologischen Verhaltens beim Tiefziehen, begründet durch feinverteilte, voneinander isolierte hydrostatische Schmiertaschen.
– hervorragende Lackierbarkeit auch bei vertikaler Applikation aufgrund hoher Spitzenzahlen und der stochastisch verteilten Rauheitsstruktur,
– umweltschonendes Beschichtungsverfahren der Walzen aufgrund des eigens für diesen Anwendungszweck entwickelten geschlossenen Reaktorprozesses ohne anfallende Spülwässer.

Nachfolgend wird an Hand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Diagramm mit einem schematischen, beispielhaften Verlauf einer Oberflächenstruktur einer erfindungsgemäßen Walze,
2 eine Illustration einer für die Messung des Walzen-Materialanteils gewählten Nulllinie,
3 eine schematische vergrößerte Schnittansicht einer Oberflächenstruktur einer erfindungsmäßen Walze mit einem zugehörigen Materialanteils-Diagramm,
4 eine Schnittansicht gemäß 2 für eine herkömmliche Walze mit einem zugehörigen Materialanteils-Diagramm und
5 eine Projektion eines Schnitts durch ein Flachprodukt mit erfindungsgemäßer PRETEX^® Topographie.
In der 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem gezeigt mit einer Tiefe in µm von etwa 15 bis 0 µm als y-Achse und einem Materialanteil von etwa 0 bis etwa 10 % als x-Achse. In das Koordinatensystem ist ein beispielhafter Verlauf einer Oberflächenstruktur einer erfindungsgemäßen Dressierarbeitswalze eingezeichnet, der mit A bezeichnet ist.
Der Materialanteil in % beschreibt das Vorhandensein von Material der Dressierarbeitswalze innerhalb einer Oberfläche, die repräsentativ für die gesamte obere Umfangsfläche der Dressierarbeitswalze ist. Als Gegenteil zu dem Materialanteil in % könnte somit ein Anteil von Rauheitstälern angesehen werden. Das anteilige Material in der Oberfläche wird hierfür mit einer 3D-Messung ausgehend von der Oberfläche in Richtung einer zentralen Drehachse der Walze ermittelt. Die 3D-Messung ist auf eine repräsentative Oberfläche von etwa 2,5 mm² bezogen. Die über die 3D-Messung ermittelten Materialanteile in % werden dann ausgehend von der Oberfläche der Dressierarbeitswalze auf eine in µm angegebenen Tiefe bezogen. Die Materialanteile können am Rauheitsprofil der Walze bestimmt werden. Die in der 2 dargestellten Materialanteile sind in Anlehnung an ISO 25178 aus einer flächenhaften 3D-Rauheitsmessung an den entsprechenden Walzen ermittelt worden. Damit die ermittelten Materialanteile vergleichbar sind, muss eine Bezugsebene für diese Messungen definiert werden, von der die Höhen- bzw. Tiefenwerte aus gezählt werden. Im Allgemeinen wird für die Erstellung von Materialanteilskurven eine Nulllinienverschiebung von 5% verwendet, d.h. ausgehend von der Oberfläche der Walze in Richtung der Drehachse der Walze. Da die Walzenprofile bereits im Bereich der ersten 5% Materialanteil auffällige Unterschiede aufweisen, wird hier eine Nulllinienverschiebung von nur 0,1% Materialanteil verwendet, d. h. die Nulllinie für die Messung beziehungsweise Bestimmung der Tiefe in µm wird nur soweit verschoben, bis der Materialanteil 0,1% der in diesem Bereich vorhandenen Rauheitsspitzen der Oberfläche beträgt. Die Tiefe in µm wird nun ausgehend von der Nulllinie in Richtung der Drehachse der Walze bestimmt. Auch ist die in der 2 angegebene Tiefe gemittelt über den Flächenteil der Walze und repräsentativ für die gesamte Umfangsfläche der Walze, da die Dressierung der Walze gleichmäßig ist.
Die 2 zeigt eine Illustration der vorbeschriebenen Verschiebung der Nulllinie N ausgehend von der Oberfläche der Dressierarbeitswalze 1 radial in Richtung einer Drehachse D der Dressierarbeitswalze 1. Hierbei verläuft die Nulllinie N parallel zu der Drehachse D und im Bereich der Oberfläche der Dressierarbeitswalze 1. Die Drehachse D verläuft in Richtung der Längserstreckung der Dressierarbeitswalze 1 und zentral in der Dressierarbeitswalze 1. Die Verschiebung der Nulllinie N erfolgt in schematisch angedeutete Strukturelemente 2 einer Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalze 1 hinein und radial in Richtung der Drehachse D, bis der gewünschte Materialanteil bezogen auf die Strukturelemente 2 von 0,1% erreicht wird.
Die 1 zeigt, dass der beispielhafte Verlauf A einer erfindungsgemäßen Dressierarbeitswalze ausgehend von der auf den 0,1% Materialanteil bezogenen Tiefe von 0 µm sehr flach verläuft und im Bereich von etwa 3,5 µm erst einen Materialanteil von 10% aufweist. In qualitativer Hinsicht kann somit von einer Dressierarbeitswalze mit einem geringen Materialanteil in geringen Tiefen gesprochen werden. Des Weiteren ergibt sich aus dem Topocrom^® Verfahren eine Topographie von Hartchromhalbkugeln mit steilen Flanken.
Besonders günstig sind Oberflächenstrukturen von Dressierarbeitswalzen, die in dem Bereich der Materialanteile von 2% bis 10% einen speziellen Verlauf in Tiefenrichtung aufweisen. Dieser Verlauf kann als Abfolge von ausgewählten prozentualen Materialanteilen der Walze beschrieben werden. Nachfolgend wird eine Abfolge von Materialanteilen 2 %, 5 % und 10 % gewählt. Walzen, deren Materialanteile und Tiefen in den folgenden Bereichen liegen, ermöglichen eine Erzeugung einer vorteilhaften Flachprodukttopographie:
Materialanteil 2 % – Tiefe 0,2 µm bis 9 µm – bevorzugt Tiefe 0,8 µm bis 5,5 µm
Materialanteil 5 % – Tiefe 0,7 µm bis 12 µm – bevorzugt Tiefe 1,1 µm bis 6,5 µm
Materialanteil 10 % – Tiefe 1,0 µm bis 15 µm – bevorzugt Tiefe 1,4 µm bis 7,4 µm
Diese Bereiche über die Tiefen und Materialanteile sind in der 1 als Vielecke eingezeichnet. Das Vieleck mit einer gepunkteten Linie zeigt die vorgenannten weiteren Tiefenbereiche und die Vielecke mit einer gestrichelten Linie die bevorzugten Tiefenbereiche.
Mit derartigen Dressierarbeitswalzen mit willkürlich erzeugter Oberflächenstruktur und dem zu 1 beschriebenen Verlauf von Materialanteilen kann ein metallisches Flachprodukt, insbesondere ein Stahlband, mit einer vorteilhaften Flachprodukttopographie erzeugt werden. Hierfür wird in üblicher Weise mit unter äußerer Kraft, insbesondere unter hydraulischem Druck, angestellten Dressierarbeitswalzen ein entsprechendes Flachprodukt in Längsrichtung gewalzt. Durch die linienförmig auf das zwischen den Dressierarbeitswalzen liegende Flachproduktvolumen übertragene Kraft wird das Flachprodukt verlängert und dabei in der Dicke reduziert sowie die Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalzen an der Oberfläche des Flachproduktes abgeformt. Die Materialverdrängung folgt dem Prinzip des geringsten Widerstands unter Abbildung der Oberflächenstruktur und Verlängerung des Flachprodukts. Ist die Oberflächenstruktur der Dressierarbeitswalzen vollständig ausgefüllt, wirkt eine Krafterhöhung auf die Verlängerung des Flachproduktes. Die maximale Verlängerung des Flachproduktes ist durch die Änderung der mechanischen Kennwerte des Flachproduktes begrenzt.
Die ideale Oberflächenstruktur einer Dressierarbeitswalze zur Erzeugung einer bestimmungsgemäßen Topographie des Flachproduktes ist so beschaffen, dass sie in der Oberfläche des Flachproduktes abgebildet werden kann, bevor die maximale zulässige Bandverlängerung erreicht wird.
Eine Dressierarbeitswalze mit einer Oberflächenstruktur gemäß 1 kommt einer idealisierten Struktur nahe. Diese Dressierarbeitswalze erlaubt eine hohe Umsetzung einer spezifischen Walzkraft, die einer Kraft pro Länge der das Flachprodukt berührenden Linie entspricht, in Topographieänderung des Flachproduktes und eine geringe Umsetzung der spezifischen Walzkraft zu Gunsten einer größeren Verlängerung des Flachproduktes. Eine übliche spezifische Walzkraft liegt im Bereich von 1,9 kN/mm. Die Topographieänderung ist über die Parameter Rauheit Ra, Spitzenzahl RPc oder allgemeiner über verdrängtes Volumen beschreibbar. Die Verlängerung des Flachproduktes wird über den Dressiergrad ausgedrückt. Da der Dressiergrad in der Regel durch die Änderung der mechanischen Eigenschaften begrenzt wird, ist ein möglichst großes Verhältnis zwischen Topographieänderung zu Verlängerung des Flachproduktes günstig, um sowohl eine geringe Welligkeit als auch eine geringe Verlängerung des Flachproduktes zu erreichen. Die Welligkeit kann über den Wsa (1–5)-Wert gemäß SEP1941 beschrieben werden. Hierbei ist ein Mindestdressiergrad durchaus notwendig, um eine gewünschte Topographieänderung zu erreichen, bevor ein gewünschter Dressiergrad überschritten wird. Der Dressiergrad liegt etwa im Bereich von 0,1 bis 2,0 %.
Ein erfindungsgemäß geringer Materialanteil auf der Dressierarbeitswalze führt zu einer kleinflächigen Verteilung der Anpresskraft – also hohen lokalen Drücken – und damit primär zu einer Topographieänderung anstelle der Verlängerung des Flachproduktes. Durch die Topographieänderung erfolgt eine lokal begrenzte, laterale Volumenumverteilung an der Oberfläche des Flachproduktes. Dabei wirkt der geringe Materialanteil der erfindungsgemäßen Dressierarbeitswalze dahingehend positiv, als er die Volumenumverteilung weniger behindert als Dressierarbeitswalzen mit höherem Materialanteil. Punktuelle Anhäufungen umverteilter Volumina an der Oberfläche des Flachproduktes werden vermieden. Diese punktuellen Anhäufungen haben eine unerwünscht hohe Welligkeit Wsa (1–5) gemäß SEP1941 zur Folge.
Bevorzugt werden die Oberflächenstrukturen von Dressierarbeitswalzen mit geringem Materialanteil und die Oberflächenstruktur, die mit Verfahren erstellt werden, die eine Oberflächenstruktur mit großer Flankensteilheit erlauben. Derartige Oberflächenstrukturen auf Dressierarbeitswalzen lassen sich bevorzugt mit dem unter Topocrom^® bekannten Hartverchromungsverfahren erreichen.
In der 3 ist schematisch eine vergrößerte Schnittansicht einer Oberflächenstruktur einer erfindungsmäßen Walze mit einem zugehörigen Materialanteils-Diagramm dargestellt. Beispielhaft zeigt die Oberflächenstruktur Erhebungen in Form eines Rechtecks, einer Parabel und eines Dreiecks. Getrennt sind diese Erhebungen von Zwischenräumen, die in der Tiefe durch eine plane Oberfläche der Walze begrenzt sind. Neben der schematischen Darstellung ist qualitativ das aus der 1 bekannte Diagramm mit der Tiefe über dem Materialanteil dargestellt. Es ist ersichtlich, dass, wie aus dem Diagramm in 1 bekannt, der Materialanteil der Erhebungen insgesamt gering ist und mit zunehmender Tiefe bis zu einer vollständigen Oberfläche der Walze anfänglich nur leicht und im Bereich der maximalen Tiefe stark zunimmt. Eine Walze mit einer derartigen Oberflächenstruktur mit geringem Materialanteil über die Gesamthöhe beziehungsweise Gesamttiefe der Erhebungen führt bei einem Dressieren eines Flachprodukts bevorzugt zu einer Topographieänderung des dressierten Flachprodukts vor dessen Bandverlängerung. Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Walzen führt zu einer geringen Welligkeit in der Topographie des Flachproduktes und einer geringen Bandverlängerung des Flachproduktes.
Die 4 entspricht im Wesentlichen der 3, jedoch ist die Oberflächenstruktur invers zu der Oberflächenstruktur gemäß 3 ausgebildet. Entsprechend bilden die in 3 beispielhaft gezeigten Erhebungen in Form eines Rechtecks, einer Parabel und eines Dreiecks jeweils auf den Kopf gestellt die Zwischenräume. Die Oberflächenstruktur gemäß 4 wird bei herkömmlichen Walzen gefunden. Auch ist neben der schematischen Darstellung wiederum qualitativ das aus der 1 bekannte Diagramm mit der Tiefe über dem Materialanteil dargestellt. Gegenüber dem Kurvenverlauf in 3 ist ersichtlich, dass der Materialanteil der Erhebungen insgesamt hoch ist und mit zunehmender Tiefe bis zu einer vollständigen Oberfläche der Walze anfänglich stark und im Bereich der maximalen Tiefe nur leicht zunimmt. Eine Walze mit einer derartigen Oberflächenstruktur mit hohem Materialanteil über die Gesamthöhe beziehungsweise Gesamttiefe der Erhebungen führt bei einem Dressieren eines Flachprodukts bevorzugt zu einer Bandverlängerung des dressierten Flachprodukts vor dessen Topographieänderung. Da eine Bandverlängerung verstärkt auftritt, wird eine Topographiegestaltung des Flachproduktes nur eingeschränkt möglich sein.
Die in den 3 und 4 gezeigten Oberflächenstrukturen unterscheiden sich signifikant durch ihre Materialanteile und deren Verlauf über die Tiefe der Erhebungen der Oberflächenstrukturen. Im Hinblick auf den Rauheitswert Ra sind diese Oberflächenstrukturen jedoch nicht unterscheidbar, liefern aber beim Einsatz auf Dressierarbeitswalzen zum Übertragen der Rauheit von der Walze auf das Flachprodukt unterschiedliche Ergebnisse im Hinblick auf den Welligkeitszuwachs bis zum Erreichen der vom Kunden gewünschten, durch Ra und RPc des Blechs beschriebenen Oberflächentopographie. Der Rauheitswert Ra liegt im Bereich 0,9 bis 1,4 µm und die Spitzenzahl RPc ist größer als 75 1/cm.
In der 5 ist eine Projektion eines Schnitts durch ein Flachprodukt mit erfindungsgemäßer PRETEX^® Topographie gezeigt, das mit einer Dressierarbeitswalze mit erfindungsgemäß geringem Materialanteil erzeugt wurde. Auf einer y-Achse ist eine Höhe beziehungsweise Tiefe jeweils in µm bezogen auf eine Nulllinie aufgetragen und auf einer x-Achse eine Länge des Schnittes in µm. Die erfindungsgemäße PRETEX^® Topographie zeigt eine ausgeprägte Abfolge von Erhebungen und talförmigen Zwischenräumen sowie weist die Kennwerte Ra = 1,04 µm, RPc = 106 cm-1 und Welligkeit Wsa (1–5) = 0,208 µm auf. Auch ist eine große Flankensteilheit am Rand des Kalotteneindrucks zu erkennen. Der Materialanteil der zugehörigen Dressierarbeitswalze ermittelt aus einer 3D-Rauheitsmessung beträgt 2% in einer Tiefe von 2,0 µm, 5% in einer Tiefe von 2,8 µm und 10% in einer Tiefe von 4,3 µm. In etwa entspricht das dem in 1 als A eingezeichneten Verlauf.
Durch Einsatz einer erfindungsgemäßen Dressierarbeitswalze mit geringem Materialanteil lässt sich eine Blechoberfläche erzielen, die bei niedriger Rauheit (0,9 µm < Ra <1,2 µm) und hohe Spitzenzahl (RPc > 95/cm) eine geringe Welligkeit Wsa (1–5) von weniger als 0,22 µm aufweist. Der Materialanteil der Blechoberfläche ermittelt über eine 3D-Rauheitsmessung beträgt 2% in einer Tiefe von 1,5 µm, 5 % in einer Tiefe von 2,3 µm und 10% in einer Tiefe von 2,8 µm.
Bezugszeichenliste

1: Dressierarbeitswalze
2: Strukturelemente
A: Beispielverlauf
D: Drehachse
N: Nulllinie
V: Richtung der Nulllinienverschiebung

Claims

Dressierarbeitswalze mit einer Oberflächenstruktur, insbesondere zur Herstellung von Flachprodukten aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 2% in einer Tiefe von 0,2 µm bis 9 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 0,8 µm bis 5,5 µm, aufweist, die Tiefe ausgehend von einer Nulllinie in Richtung einer Drehachse der Dressierarbeitswalze gemessen ist, die Nulllinie parallel zu der Drehachse der Dressierarbeitswalze verläuft und die Nulllinie ausgehend von der Oberfläche der Dressierarbeitswalze in Richtung der Drehachse der Dressierarbeitswalze soweit verschoben ist, bis deren Materialanteil 0,1% beträgt.
Dressierarbeitswalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 5% in einer Tiefe von 0,7 µm bis 12 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 1,1 µm bis 6,5 µm, aufweist.
Dressierarbeitswalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur einen Materialanteil von 10% in einer Tiefe von 1,0 µm bis 15 µm, bevorzugt in einer Tiefe von 1,4 µm bis 7,4 µm, aufweist.
Dressierarbeitswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass deren Oberflächenstruktur elektrolytisch struktur- und hartverchromt ist.
Dressierarbeitswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass deren Oberflächenstruktur eine Rauheit Ra = 0,3–5 µm, und eine Spitzenzahl RPc = 50–300 1/cm aufweist.
Verfahren zum Dressieren eines Flachprodukts aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, mit einer Dressierarbeitswalze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachprodukt mit der Dressierarbeitswalze gewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachprodukt mit einem Dressiergrad im Bereich von 0,1 bis 2,0% gewalzt wird.
Flachprodukt aus einem Metallwerkstoff, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachprodukt eine dressierte Oberflächentopographie mit einer Rauheit Ra = 0,9–1,4 µm, bevorzugt 0,9–1,2 µm, eine Spitzenzahl RPc > 90 1/cm, bevorzugt RPc > 95/cm und einer Welligkeit der Oberfläche beschrieben durch den Parameter Wsa (1–5) gemäß VDEh SEP1941 von weniger als 0,28 µm, bevorzugt weniger als 0,25 µm, besonders bevorzugt weniger als 0,22 µm, aufweist.
Flachprodukt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Flachprodukts im Bereich von 0,35–2,0 mm liegt.
Flachprodukt nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachprodukt mit Überzügen aus Zink oder einer Zink-Aluminium-Legierung oder einer Zink-Eisen-Legierung oder Zink-Aluminium-Magnesium-Legierung versehen ist.